JP6901012B2 - Data acquisition method in mass spectrometer - Google Patents
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Description
本発明は、質量分析(MS)データ取得の分野に関し、特に、質量分析装置における新規なデータ取得方法に関する。 The present invention relates to the field of mass spectrometry (MS) data acquisition, and more particularly to novel data acquisition methods in mass spectrometers.
高分解能タンデム質量分析装置は現在、(メタボロミクス、およびプロテオミクスなどを含む)オミクス分析における重要な分析機器となっている。オミクス分析における複合試料に対しては、高スループット、高感度、および高カバレッジの質量分析のデータ取得方法が必要となる。従来の方法としては、1998年にDucretらによって提案されたデータ依存型取得法(DDA)が挙げられる。この方法では、最初にプリカーサイオンスキャンを実施し、次いで存在量の多いプリカーサイオンを選択し、これらをコリジョンセルに進入させて解離を行い、これによりプロダクトイオンスペクトルを取得している。この方法は、分析対象に関して高いカバレッジを達成できるため、依然として広く使用されている取得方法である。 High-resolution tandem mass spectrometers are now an important analytical instrument in omics analysis (including metabolomics, proteomics, etc.). High-throughput, high-sensitivity, and high-coverage mass spectrometry data acquisition methods are required for composite samples in omics analysis. Conventional methods include the Data Dependent Acquisition Method (DDA) proposed by Ducret et al. In 1998. In this method, a precursor ion scan is first performed, then precursor ions having a large abundance are selected, and these are allowed to enter a collision cell to dissociate, thereby acquiring a product ion spectrum. This method is still a widely used acquisition method because it can achieve high coverage for the analysis target.
近年、データ非依存型取得法(DIA)が急速に開発されている。DDA法と比較して、この方法はより高い感度、より広範囲のダイナミックレンジ、ならびにより高い分析スループットおよび優れた定量化能力を有する。このような方法の典型的な代表例としては、特許文献1に記載されているMSE法と、特許文献2に記載されているSWATH法とがある。MSE法では、最初にプリカーサイオンスキャンを実施し、次いでマスウインドウの広範囲または全体にわたるプリカーサイオンをコリジョンセルに供給して解離を行い、プロダクトイオンスペクトルを記録している。このプリカーサイオンとプロダクトイオンとは、同じ特徴を有するクロマトグラフィー(またはイオン移動度質量分析)における同じ分析対象のプリカーサイオンおよびプロダクトイオンの保持時間とピークプロファイルとを利用することにより、デコンボリューションアルゴリズムを通じて関連付けられる。SWATH法は主にターゲット分析を対象としているため、プリカーサイオンのプレスキャンを省略することができる。通常、プリカーサイオンは質量に応じて直接分離され、その際各ウインドウ幅は、たとえば25Daとなる。次いで、四重極によって選択されたプリカーサイオンの各ウインドウがコリジョンセルへと導入されて、解離が行われる。ここでプロダクトイオンスペクトルが記録され、データベースと比較されて、その後プロダクトイオン強度が定量化に使用される。どちらの方法でも、マスウインドウの全レンジに及ぶプリカーサイオンが選択され、コリジョンセルに導入されて、同時に解離されることになる。ただし、マスウインドウが小さ過ぎると、DIA法の効率が低下してしまうという矛盾があり、これはすなわち、イオン利用効率が低くなり過ぎて、マスレンジ全体をスキャンするのに時間がかかってしまうということである。また、マスウインドウが大き過ぎると、イオン利用効率は向上するが、スペクトルの複雑さが増大し、データ後処理(たとえば、データベースと比較して分析対象を同定したり、プリカーサイオンとプロダクトイオンとを相関させるデコンボリューションを行ったりする)の難易度が上昇してしまうことになる。このために、分析対象イオンの不一致や誤判定が発生する。したがって、上記の課題または矛盾を解決する方法が必要となる。
In recent years, data-independent acquisition methods (DIA) have been rapidly developed. Compared to the DDA method, this method has higher sensitivity, wider dynamic range, and higher analytical throughput and better quantification capacity. Such Typical representatives of such methods, there are a MS E method described in
従来技術における上記の欠点に鑑みて、本発明の目的は、従来技術における上記の課題を解決するための、質量分析装置におけるデータ非依存型取得法を提供することである。 In view of the above drawbacks in the prior art, an object of the present invention is to provide a data independent acquisition method in a mass spectrometer to solve the above problems in the prior art.
上記および他の関連する目的を達成するために、本発明は、a.イオン源を設けてプリカーサイオンを生成するステップと、b.前記プリカーサイオンを第1の質量分析装置に供給するステップであって、前記第1の質量分析装置は、マスウインドウの外側に位置する前記プリカーサイオンが前記第1の質量分析装置を通過し、前記マスウインドウ内に位置する前記プリカーサイオンが前記第1の質量分析装置を通過できないように、少なくとも1つの前記マスウインドウを選択する、ステップと、c.前記第1の質量分析装置を通過する前記プリカーサイオンをコリジョンセルに供給して衝突解離を行い、プロダクトイオンを生成するステップと、d.前記プロダクトイオンを第2の質量分析装置に供給して質量分析を行い、スペクトルを記録するステップと、e.ステップbからステップdを繰り返すステップであって、ステップbを繰り返し実施するたびに、選択される前記マスウインドウは、それ以前に選択された前記マスウインドウ全てと重複していない、ステップとを含み、マスレンジ内の前記マスウインドウが全て選択された後、前記繰返しが停止される、質量分析装置におけるデータ取得方法を提供する。 To achieve the above and other related objectives, the present invention a. A step of providing an ion source to generate precursor ions, and b. In the step of supplying the precursor ion to the first mass spectrometer, in the first mass spectrometer, the precursor ion located outside the mass window passes through the first mass spectrometer, and the said The step of selecting at least one mass window so that the precursor ion located in the mass window cannot pass through the first mass spectrometer, and c. The step of supplying the precursor ions passing through the first mass spectrometer to the collision cell to perform collision dissociation to generate product ions, and d. The step of supplying the product ion to the second mass spectrometer, performing mass spectrometry, and recording the spectrum, and e. A step in which steps b to d are repeated, and each time step b is repeated, the selected mass window includes a step that does not overlap with all the previously selected mass windows. Provided is a data acquisition method in a mass spectrometer in which the repetition is stopped after all the mass windows in the mass range are selected.
本発明の一実施形態では、本方法は、ステップeの後となるステップfをさらに含み、前記ステップfは、前記選択されたマスウインドウ内の前記プリカーサイオンによって生成される、前記プロダクトイオンに対応するスペクトルを、第一次データ後処理によって取得することを含む。 In one embodiment of the invention, the method further comprises step f following step e, where step f corresponds to said product ion produced by said precursor ion in the selected mass window. Includes obtaining the spectrum to be produced by primary data post-processing.
本発明の一実施形態では、本方法は、ステップfの後となるステップgまたはステップjをさらに含む。前記ステップgは、前記選択されたマスウインドウ内の前記プリカーサイオンによって生成される前記プロダクトイオンに対応するスペクトルを、第2の数学的後処理によって取得することを含み、前記ステップjは、前記プロダクトイオンの前記スペクトルをデータベースと比較し、分析対象を同定することを含む。 In one embodiment of the invention, the method further comprises step g or step j following step f. The step g comprises acquiring the spectrum corresponding to the product ion produced by the precursor ion in the selected mass window by a second mathematical post-treatment, the step j comprising said product. This includes comparing the spectrum of ions with a database to identify the analysis target.
本発明の一実施形態では、本方法は、ステップeの後となるステップhをさらに含み、前記ステップhは、前記記録されたスペクトル全てを合計することにより、合計スペクトルを求めることを含む。 In one embodiment of the invention, the method further comprises step h following step e, which includes obtaining the total spectrum by summing all the recorded spectra.
本発明の一実施形態では、ステップfの後にステップgを含む場合、ステップhの後にステップiを含むことになり、また、ステップfの後にステップjを含む場合、ステップhの後にステップi’を含むことになる。前記ステップiは、ステップgで取得した前記スペクトルを定性的結果とし、ステップhで求めた前記合計スペクトルを定量的結果とすることを含む。前記ステップi’は、ステップjで得られた結果にステップhで求めた前記合計スペクトルを組み合わせたものに基づいて、定量分析を実施することを含む。 In one embodiment of the present invention, if step g is included after step f, step i is included after step h, and if step j is included after step f, step i'is included after step h. Will be included. The step i includes taking the spectrum acquired in step g as a qualitative result and taking the total spectrum obtained in step h as a quantitative result. The step i'includes performing a quantitative analysis based on a combination of the results obtained in step j and the total spectrum obtained in step h.
本発明の一実施形態では、本方法は、ステップaの後に、ステップkを少なくとも1回実施するステップをさらに含み、前記ステップKは、前記マスレンジ内の前記イオン全てに前記第1の質量分析装置を通過させ、前記コリジョンセルに進入させて解離を行うことと、前記解離したプロダクトイオン全てを前記第2の質量分析装置に供給して質量分析を行い、スペクトルを記録することとを含む。 In one embodiment of the invention, the method further comprises step a followed by step k at least once, in which step K is the first mass spectrometer for all the ions in the mass range. Dissociation is performed by passing through the collision cell and entering the collision cell, and all the dissociated product ions are supplied to the second mass spectrometer to perform mass spectrometry and record a spectrum.
本発明の一実施形態では、ステップkで取得した前記マススペクトルをステップfのデータソースの1つとして使用して、ステップfの計算誤差を補正する。 In one embodiment of the present invention, the mass spectrum acquired in step k is used as one of the data sources in step f to correct the calculation error in step f.
本発明の一実施形態では、ステップfの前に、前記スペクトルにノイズ低減処理を施す。 In one embodiment of the present invention, the spectrum is subjected to noise reduction processing before step f.
本発明の一実施形態では、前記ノイズ低減処理は、高速フーリエ変換アルゴリズムによって高周波ノイズを除去することを含む。 In one embodiment of the present invention, the noise reduction process includes removing high frequency noise by a fast Fourier transform algorithm.
本発明の一実施形態では、前記分析対象のクロマトグラフ分離を行うステップをステップaの前に含む。 In one embodiment of the present invention, the step of performing chromatographic separation of the analysis target is included before step a.
本発明の一実施形態では、ステップgにおける第二次データ後処理は、前記プリカーサイオンとプロダクトイオンとの間におけるクロマトグラフピークプロファイルまたは保持時間の一貫性に応じて、同じ前記分析対象の前記プリカーサイオンとプロダクトイオンとを相関させるデコンボリューションを実施することを含む。 In one embodiment of the invention, the secondary data post-processing in step g is the same precursor of the analysis, depending on the consistency of the chromatographic peak profile or retention time between the precursor ion and the product ion. Includes performing deconvolution that correlates ions with product ions.
本発明の一実施形態では、ステップbの前にプリカーサイオンスキャンを含み、前記スキャンを前記第2の質量分析装置によって実施する。 In one embodiment of the invention, a precursor ion scan is included prior to step b, and the scan is performed by the second mass spectrometer.
本発明の一実施形態では、前記第1の質量分析装置は四重極型質量分析装置、イオントラップ型質量分析装置、または飛行時間型質量分析装置である。 In one embodiment of the present invention, the first mass spectrometer is a quadrupole mass spectrometer, an ion trap mass spectrometer, or a time-of-flight mass spectrometer.
本発明の一実施形態では、前記第2の質量分析装置は、飛行時間型質量分析装置またはフーリエ変換型質量分析装置である。 In one embodiment of the present invention, the second mass spectrometer is a time-of-flight mass spectrometer or a Fourier transform mass spectrometer.
本発明の一実施形態では、イオン移動度に応じて前記プリカーサイオンを分離するステップをステップbの前に含む。 In one embodiment of the present invention, a step of separating the precursor ions according to the ion mobility is included before step b.
本発明の一実施形態では、前記第1の質量分析装置を通過しない前記マスウインドウ内のイオンは、後続の分析または検出のために前記第1の質量分析装置の特定の方向に沿って放出される。 In one embodiment of the invention, ions in the mass window that do not pass through the first mass spectrometer are released along a particular direction of the first mass spectrometer for subsequent analysis or detection. To.
本発明の一実施形態では、ステップbにおいて、少なくとも5マスユニット(ダルトン)を連続して含むマスウインドウが、前記第1の質量分析装置で選択される。 In one embodiment of the invention, in step b, a mass window containing at least 5 mass units (Dalton) in succession is selected by the first mass spectrometer.
本発明の一実施形態では、ステップbにおいて、少なくとも5つの不連続なマスウインドウが前記第1の質量分析装置で選択され、各ウインドウは1マスユニット(ダルトン)を含む。 In one embodiment of the invention, in step b, at least five discontinuous mass windows are selected by the first mass spectrometer, each window comprising one mass unit (Dalton).
本発明の一実施形態では、前記少なくとも5つの不連続なマスウインドウは擬似ランダム分布をなす。 In one embodiment of the invention, the at least five discontinuous mass windows have a pseudo-random distribution.
本発明の一実施形態では、前記第一次データ後処理において逆アダマール変換のアルゴリズムを使用する。 In one embodiment of the invention, the inverse Hadamard transform algorithm is used in the primary data post-processing.
上述したように、本発明のマススペクトルデータ取得方法は、従来技術と比較して極めて高いイオン利用効率を実現することができ、ひいては優れた定量化能力を有する。その上、データ後処理の難易度を大幅に低下させることができ、分析対象の親イオンとプロダクトイオンとの不一致や誤判定の可能性が低下することになる。したがって、本発明のデータ取得方法は、強力な同定能力を有する。 As described above, the mass spectrum data acquisition method of the present invention can realize extremely high ion utilization efficiency as compared with the prior art, and thus has excellent quantification ability. In addition, the difficulty of data post-processing can be significantly reduced, and the possibility of discrepancy or erroneous determination between the parent ion to be analyzed and the product ion is reduced. Therefore, the data acquisition method of the present invention has a strong identification ability.
本発明の実施について、具体的な実施形態をもって以下に記載しており、また本発明の他の利点および効果については、当業者であれば、本発明の開示内容から容易に理解することができる。本発明を、他の種々の具体的な実施形態で具体化または実施することができ、本明細書の詳細事項を、同様に種々の視点および用途に基づくものとすることができ、また本発明の精神および範囲から逸脱することなく、種々の修正および変更をなすことができる。なお、以下の実施形態および実施形態の構成要件は、相反することなく互いに組み合わせることができる。 The implementation of the present invention is described below with specific embodiments, and other advantages and effects of the present invention can be easily understood by those skilled in the art from the disclosed contents of the present invention. .. The present invention can be embodied or implemented in various other specific embodiments, and the details of the present specification can be similarly based on various viewpoints and uses, and the present invention. Various modifications and changes can be made without departing from the spirit and scope of. It should be noted that the following embodiments and the constituent requirements of the embodiments can be combined with each other without conflicting with each other.
なお、以下の実施形態に示す図面は、本発明の基本概念を概略的に例示したものに過ぎず、よって本発明に関連する構成要素のみを図面に示している。したがって、実際に実施するにあたり、これらの図面を必ずしも構成要素の数、形状、および大きさに従って描画しているわけではない。実際に実施するにあたり、各構成要素の形式、数、および割合がランダムに変更される場合があり、またこれらの構成要素のレイアウトがより複雑になる可能性がある。 It should be noted that the drawings shown in the following embodiments are merely schematic examples of the basic concept of the present invention, and thus only the components related to the present invention are shown in the drawings. Therefore, in actual implementation, these drawings are not necessarily drawn according to the number, shape, and size of the components. In practice, the format, number, and proportion of each component may change randomly, and the layout of these components may become more complex.
図1は、たとえば特許文献2に記載されているSWATH法など、現在一般的となっているDIA技術解決法で使用される装置を示す概略図であり(取得方法を示す概略図ではない)、1は、イオンの生成および搬送に使用されるイオン源であり、2は、プリカーサイオンの選択に使用される第1の質量分析装置(たとえば、四重極)であり、3は、プリカーサイオンを解離させてプロダクトイオンを生成する際に使用されるコリジョンセルであり、4は、プロダクトイオンを分析するための、第2の質量分析装置(通常、高分解能質量分析装置)である。具体的な分析プロセスは以下のとおりである。マスウインドウM1内のイオン5は第1の質量分析装置2によって選択され、マスウインドウM1の外側に位置する他のイオン6は、四重極2を通過することができずに廃棄される。通常、マスウインドウM1の幅は20Daなどの数〜数十マスユニット(Da)であり、20Daの幅を有するプリカーサイオンは全てコリジョンセル3に進入し、衝突により解離することで、多数のプロダクトイオンが生成される。これらのプロダクトイオンは全て第2の質量分析装置4に進入して質量分析が行われ、これによってプロダクトイオンスペクトルが取得される。次いで、第1の質量分析装置2において、同じウインドウ幅、すなわち20Daを有するが、それ以前に選択されたマスレンジとは重複していないマスウインドウM2が選択され、これに続いて衝突誘起解離とプロダクトイオンスペクトルの記録とが行われる。事前設定したマスレンジが選択するマスウインドウによって完全にカバーされるまで、本プロセスが繰り返される。上記のプロダクトイオンスペクトルは20Daのレンジのプリカーサイオンによって生成されるため、データの後処理が必要となる。通常、2つの方法が実施可能である。1つはデータベースと直接比較して同定を行い、分析対象を同定する方法であり、もう1つは同じ分析対象のプリカーサイオンとプロダクトイオンとの間におけるクロマトグラフピークプロファイルまたは保持時間の一貫性に応じて、数学的なデコンボリューション処理を実施することにより、プリカーサイオンがプロダクトイオンと対応するようにする、すなわち、各プリカーサイオンに対応するプロダクトイオンスペクトルを取得する方法である。
FIG. 1 is a schematic view showing an apparatus used in a DIA technology solution that is currently common, such as the SWATH method described in Patent Document 2 (not a schematic view showing an acquisition method). 1 is an ion source used for ion generation and transfer, 2 is a first mass spectrometer (eg, quadrupole) used for selecting precursor ions, and 3 is a precursor ion. A collision cell used when dissociating to generate product ions, and
上記の方法で、101Da〜2100Daのm/zなどの典型的なマスレンジで、20Daのマスウインドウを使用する場合、100回のMS/MS分析が必要となり、すなわちイオン利用効率が1%となる。効率を高めるために、200Daなどのより広いマスウインドウを使用することができる。この場合、必要となるのは10回のMS/MS分析のみであり、イオン利用効率は10%となる。ただし、200Daのレンジにあるプリカーサイオンは全てコリジョンセルに進入して解離し、これによって多数のプロダクトイオンが生成され、プロダクトイオンスペクトルが極めて複雑になる。この場合、データ後処理を実施するのは非常に困難となる。データベースに従ってプロダクトイオンを決定できない場合があり、あるいはプリカーサイオンとプロダクトイオンとの間に多数の不一致が発生する可能性がある。 When a 20 Da mass window is used in a typical mass range such as 101 Da to 2100 Da m / z by the above method, 100 times of MS / MS analysis is required, that is, the ion utilization efficiency is 1%. A wider mass window, such as 200 Da, can be used to increase efficiency. In this case, only 10 MS / MS analyzes are required, and the ion utilization efficiency is 10%. However, all precursor ions in the 200 Da range enter the collision cell and dissociate, which produces a large number of product ions, which makes the product ion spectrum extremely complicated. In this case, it becomes very difficult to carry out data post-processing. It may not be possible to determine the product ion according to the database, or there may be numerous discrepancies between the precursor ion and the product ion.
図2から図5の5Fを参照すると、本発明によって質量分析装置におけるデータ取得方法が提供され、本方法は以下のステップを含む。 With reference to 5F of FIGS. 2 to 5, the present invention provides a method of acquiring data in a mass spectrometer, which method comprises the following steps.
ステップaで、イオン源1’からプリカーサイオンを生成する。 In step a, precursor ions are generated from the ion source 1'.
ステップbで、マスウインドウを分割する。図4に示すように、合計n個のウインドウは、M1、M2、…、Mi、…、Mn−1、およびMnを含むマスレンジに分割される。たとえば、マスレンジが101Da〜2100Daで、マスウインドウの幅が20Daである場合、100個のマスウインドウはM1(101〜120Da)、M2(121〜140Da)、M3(141〜160Da)…M99(2061〜2080Da)、およびM100(2081〜2100Da)とそれぞれ表される。次いで、図2に示すように、第1の質量分析装置2’によって第一次イオンスクリーニングが実施される。従来技術とは異なり、本実施形態のイオンフィルタリング中、マスウインドウM1内のイオン(図2で数字5’で示している)は、第1の質量分析装置2’を通過できず、マスウインドウM1の外側に位置するイオン(すなわち、図2で数字6’で示している、121Da〜2100Daのレンジの質量を有するマスウインドウM2〜M100のイオン)が全て、第1の質量分析装置2’を通過する。 In step b, the mass window is split. As shown in FIG. 4, the sum of n windows, M 1, M 2, ... , M i, ..., is divided into mass range including M n-1, and M n. For example, when the mass range is 101 Da to 2100 Da and the width of the mass window is 20 Da, 100 mass windows are M 1 (101 to 120 Da), M 2 (121 to 140 Da), M 3 (141 to 160 Da) ... M. It is represented as 99 (2061 to 2080 Da) and M 100 (2081 to 2100 Da), respectively. Then, as shown in FIG. 2, the primary ion screening is performed by the first mass spectrometer 2'. Unlike the prior art, the ion filter of this embodiment, ions in the mass window M 1 (numeral 5 in FIG. 2 'is shown in), the first mass analyzer 2' can not pass through a mass window All the ions located outside M 1 (that is, the ions of mass windows M 2 to M 100 having masses in the range of 121 Da to 2100 Da, represented by the number 6'in FIG. 2) are all the first mass spectrometers. Pass 2'.
ステップcで、通過するイオン(マスウインドウM2〜M100のイオン)は全て、図2に示すようにコリジョンセル3’に進入して衝突誘起解離し、これによって多数のプロダクトイオンが生成される。 In step c, all the passing ions (iones of mass windows M 2 to M 100 ) enter collision cell 3'and undergo collision-induced dissociation as shown in FIG. 2, thereby producing a large number of product ions. ..
ステップdで、プロダクトイオンは全て、図2に示すように第2の質量分析装置4’に進入して質量分析が行われ、次いでプロダクトイオンスペクトルが記録される。図5の5Aに示すように、プロダクトイオンスペクトルとは、横軸にm/zと、縦軸にイオン信号強度とを有する複雑なスペクトルである。数学的には、マスウインドウM1に対応する質量jのイオン信号強度(S(1、j)と表示)を、ウインドウM2〜M100のそれぞれにおけるプリカーサイオンによって生成される質量jのプロダクトイオン強度の重ね合わせと考えることができ、ウインドウMi内のプリカーサイオンによって生成される質量jのプロダクトイオン強度をI(i、j)と表示する場合、S(1,j)=I(2,j)+I(3,j)+…+I(99,j)+I(100,j)となる。
In step d, all product ions enter the second mass spectrometer 4'as shown in FIG. 2 for mass spectrometry, and then the product ion spectrum is recorded. As shown in 5A of FIG. 5, the product ion spectrum is a complex spectrum having m / z on the horizontal axis and ion signal intensity on the vertical axis. Mathematically, the mass j ion signal intensity (S (1, j) and display) that corresponds to the mass window M 1 a, mass j generated by the precursor ion in the
ステップeで、bからdまでのプロセスを繰り返す。ただしこの場合、ステップbでのウインドウの選択は上記とは異なり、たとえば、ウインドウM2が選択される。すなわち、ウインドウM2内に位置するイオンは質量分析装置2’を通過することができず、ウインドウM2の外側に位置するイオンが全て通過し、衝突により解離する。次いで、図5の5Bに示すように、プロダクトイオンスペクトルが記録される。当該プロセスは、M3、M4...〜M100が順に選択され、全てのマスウインドウが選択されるまで繰り返され、その後当該ステップが停止する。図4は、マスウインドウの選択シーケンスを示す。なお、このシーケンスはm/zの昇順または降順である必要はなく、任意の順序とすることができる。 In step e, the process from b to d is repeated. However, in this case, the choice of window in step b unlike the, for example, window M 2 is selected. That is, the ions located inside the window M 2 cannot pass through the mass spectrometer 2', and all the ions located outside the window M 2 pass through and dissociate due to collision. The product ion spectrum is then recorded, as shown in 5B of FIG. The process is M 3 , M 4 . .. .. ~ M 100 are selected in sequence and repeated until all mass windows are selected, after which the step is stopped. FIG. 4 shows a mass window selection sequence. Note that this sequence does not have to be in ascending or descending order of m / z, and may be in any order.
ステップfで、第一次データ後処理を実施する。ステップdおよびステップeでは、100個のプロダクトイオンスペクトルが生成され(1番目、2番目、およびn番目のスペクトルを、それぞれ図5の5A、5B、および5Cに示している)、ここで各スペクトルは、99個のウインドウ内のプリカーサイオンによって生成される、プロダクトイオンのスペクトルの重ね合わせから生じている。このデータ後処理は、個々のウインドウ内のプリカーサイオンによって生成される、プロダクトイオンのスペクトルを取得するために実施される。100個のプロダクトイオンスペクトルの取得中に、分析対象のプリカーサイオンのピークパターンに実質的な変化が生じていないと考えられる場合、以下の関係式が成り立つ。
上記の関係式から、以下の式を簡単に得ることができる。
ここで、i=1,2…100であり、I(i、j)は、i番目のウインドウ内のプリカーサイオンによって生成される質量jのプロダクトイオンの強度である。このようにして、100個全てのスペクトルを使用して、個々のウインドウ内のプリカーサイオンによって生成されるさらに100個のプロダクトイオンスペクトルが取得される。1番目、2番目、およびn番目のスペクトルをそれぞれ図5の5D、5E、および5Fに示している。
In step f, the primary data post-processing is performed. In steps d and e, 100 product ion spectra were generated (first, second, and nth spectra are shown in 5A, 5B, and 5C, respectively, of FIG. 5), where each spectrum is shown. The result is the superposition of the spectra of the product ions produced by the precursor ions in 99 windows. This data post-processing is performed to obtain the spectrum of product ions produced by the precursor ions in the individual windows. If it is considered that there is no substantial change in the peak pattern of the precursor ions to be analyzed during the acquisition of 100 product ion spectra, the following relational expression holds.
From the above relational expression, the following equation can be easily obtained.
Here, i = 1, 2, ... 100, and I (i, j) is the intensity of the product ion of mass j produced by the precursor ion in the i-th window. In this way, all 100 spectra are used to obtain an additional 100 product ion spectra produced by the precursor ions in the individual windows. The first, second, and nth spectra are shown in 5D, 5E, and 5F of FIG. 5, respectively.
ステップgで、第二次データ後処理を実施する。ステップfで取得されるプロダクトイオンスペクトルは、マスレンジ(すなわち、マスウインドウ)内のプリカーサイオンの衝突によって生成される、ハイブリッドプロダクトイオンのスペクトルである。マスウインドウは大きくないが(上記の実施例では20Da)、一つ一つのプリカーサイオンに対応するプロダクトイオンスペクトルを取得するには、デコンボリューションが必要となる。したがって、ステップgは、ほとんどのDIA法のデコンボリューションプロセスと一致している。通常の処理方法は、プリカーサイオンとプロダクトイオンとの間におけるクロマトグラフピークプロファイルまたは保持時間情報の一貫性を利用することにより、数学的なデコンボリューションを実施して、同じ分析対象のプリカーサイオンとプロダクトイオンとを相関させるステップを含む。デコンボリューションの一般的なアルゴリズムには、ピアソンの相関係数、相互相関スコア、k平均クラスタリング、エントロピー最小化法、内積スコア、および最小スパニングツリーなどが含まれる。種々のアルゴリズムが当業者に周知であるため、ここではこれらについて説明しない。 In step g, secondary data post-processing is performed. The product ion spectrum obtained in step f is a spectrum of hybrid product ions generated by the collision of precursor ions in the mass range (ie, mass window). Although the mass window is not large (20 Da in the above embodiment), deconvolution is required to obtain the product ion spectrum corresponding to each precursor ion. Therefore, step g is consistent with most DIA deconvolution processes. The usual treatment method utilizes the consistency of chromatographic peak profiles or retention time information between precursor ions and product ions to perform mathematical deconvolution and the same analyzed precursor ions and products. Includes steps to correlate with ions. Common algorithms for deconvolution include Pearson's correlation coefficient, cross-correlation score, k-means clustering, entropy minimization, dot product score, and minimum spanning tree. Since various algorithms are well known to those skilled in the art, they will not be described here.
ステップhで、ステップdおよびステップeで取得した全てのプロダクトイオンスペクトルを合計して、合計スペクトルを求める。 In step h, all the product ion spectra acquired in step d and step e are summed to obtain the total spectrum.
ステップiで、ステップgおよびステップhの結果をまとめて、データ分析を実施する。本ステップでは、ステップgの結果を定性分析に使用する。すなわち、高分解能プロダクトイオンスペクトルの質量電荷比、同位体存在量分布、フラグメント分布、クロマトグラフィー保持時間、およびその他の情報に、事前設定データベース内の標準物質に関する情報(データベースに記憶された標準物質の質量電荷比、保持時間、同位体存在比、およびその他の情報など)を組み合わせたものに従って分析対象のイオンを決定し、次いでステップhで求めた合計スペクトルのプロダクトイオン強度情報に基づいて、この分析対象のイオンを定量化する。 In step i, the results of steps g and h are combined and data analysis is performed. In this step, the result of step g is used for qualitative analysis. That is, the mass-to-charge ratio, isotope abundance distribution, fragment distribution, chromatography retention time, and other information of the high-resolution product ion spectrum, as well as information about the reference material in the preset database (of the standard material stored in the database). The ions to be analyzed are determined according to a combination of mass-to-charge ratio, retention time, isotope abundance ratio, and other information, and then this analysis is based on the product ion intensity information of the total spectrum obtained in step h. Quantify the target ion.
従来技術(すなわち、背景技術で説明したように、マスウインドウを選択的に通過させてプロダクトイオンスペクトルを記録し、データ後処理を実行する)と比較して、本発明に記載している上記のステップでは、マスウインドウを選択的に通過させない方法を用いており、これによってイオン利用効率が大幅に向上し、その際ウインドウが小さくなるほど、イオン利用効率が高まることになる。たとえば、このマスウインドウは20Daである。2000Daのマスレンジでは、1980Daのマスレンジ内の残りのイオンが通過できる。1サイクルではイオン総利用効率は99%となり、これは、選択的に通過させる方法でのイオン利用効率の99倍となる。このようなイオン利用効率は、ステップhで求めた合計スペクトルの極めて高いプロダクトイオン強度に反映されている。高いイオン利用効率を有することにより、本方法の優れた定量化能力が保証されることになる。一方、本発明は、好ましくは10〜30Daのより狭いマスウインドウを選択する傾向があるため、ステップfで取得されるプロダクトイオンスペクトルの複雑さが大幅に低減され、その後実施されるステップgの数学的なデコンボリューション処理では、デコンボリューションの難易度が大幅に低下することになる。当然ながら、本発明は従来技術と比較して、データ後処理プロセス(ステップf)を別途設けているが、プロセスにおける計算の難しさおよび計算時間の消費は極めて低いものとなる。 The above described in the present invention as compared to prior art (ie, as described in the background art, selectively passing through a mass window to record product ion spectra and performing data post-processing). In the step, a method of not selectively passing through the mass window is used, which greatly improves the ion utilization efficiency, and at that time, the smaller the window, the higher the ion utilization efficiency. For example, this mass window is 20 Da. In the 2000 Da mass range, the remaining ions in the 1980 Da mass range can pass through. In one cycle, the total ion utilization efficiency is 99%, which is 99 times the ion utilization efficiency in the method of selectively passing the ions. Such ion utilization efficiency is reflected in the extremely high product ionic strength of the total spectrum obtained in step h. Having high ion utilization efficiency guarantees the excellent quantification ability of this method. On the other hand, since the present invention tends to select a narrower mass window, preferably 10 to 30 Da, the complexity of the product ion spectrum obtained in step f is significantly reduced, and the subsequent mathematics of step g is performed. In a typical deconvolution process, the difficulty of deconvolution is greatly reduced. As a matter of course, the present invention separately provides a data post-processing process (step f) as compared with the prior art, but the difficulty of calculation and the consumption of calculation time in the process are extremely low.
上記の実施形態では、本方法はステップaの後に、マスレンジ内のイオン全てに第1の質量分析装置を通過させ、コリジョンセルに進入させて解離を行い、また解離したプロダクトイオン全てを第2の質量分析装置に供給して質量分析を行い、スペクトルを記録するステップkをさらに含み、このステップkを複数回繰り返し実施することができる。この場合のスペクトルは、実際にはプリカーサイオン全てによって生成されるプロダクトイオンに対応するスペクトルであり、ステップhで求めた合計スペクトルと本質的に同じである。ただし、スペクトルは1つのクロマトグラフィースポット内で複数回取得することができ、ステップfで、データソースの1つとしてこれを使用することができる。本ステップにより、クロマトグラフピークプロファイルの変化に起因するステップfの計算誤差を補正することができる。 In the above embodiment, after step a, the method causes all the ions in the mass range to pass through the first mass spectrometer, enters the collision cell to dissociate, and dissociates all the dissociated product ions in the second. This step k can be repeated a plurality of times, further including a step k of feeding the mass spectrometer to perform mass spectrometry and recording the spectrum. The spectrum in this case is actually a spectrum corresponding to the product ions produced by all the precursor ions, and is essentially the same as the total spectrum obtained in step h. However, the spectrum can be acquired multiple times within one chromatographic spot and can be used as one of the data sources in step f. By this step, the calculation error of step f due to the change of the chromatograph peak profile can be corrected.
上記の実施形態では、ステップfの前に数学的処理のステップを含めることができ、本ステップでは、元のマススペクトル全てにノイズ低減処理を施す。本ステップを実施する理由は、本方法では非常に多くのイオンが通過するため、ノイズ(主に化学ノイズ、ニュートラルノイズ、および溶媒効果に起因するノイズなど)もまたスペクトルに記録されることが避けられないからである。従来の方法よりも高い信号対雑音比を得るためには、まずノイズ低減処理を行う必要がある。ノイズ低減ステップとして非常に効率的なのは、高速フーリエ変換により高周波ノイズを除去することである。ここで、高周波ノイズは、主にクロマトグラフィー(主に液体クロマトグラフィー)における溶媒分子およびイオンの影響により発生している。 In the above embodiment, a step of mathematical processing can be included before step f, and in this step, noise reduction processing is performed on the entire original mass spectrum. The reason for performing this step is that the method allows so many ions to pass that noise (mainly chemical noise, neutral noise, and noise due to solvent effects, etc.) should also be avoided from being recorded in the spectrum. Because it cannot be done. In order to obtain a signal-to-noise ratio higher than that of the conventional method, it is necessary to first perform noise reduction processing. A very efficient noise reduction step is to remove high frequency noise by fast Fourier transform. Here, high frequency noise is mainly generated by the influence of solvent molecules and ions in chromatography (mainly liquid chromatography).
上記の実施形態では通常、クロマトグラフ分離を行うステップをステップaの前に含む。クロマトグラフピークプロファイル、および保持時間など、クロマトグラフィーによる分析対象の分離に関する情報は、ステップgで行うデータ後処理用のデータソースの一部として使用することができる。 In the above embodiment, the step of performing chromatographic separation is usually included before step a. Information about the separation of analytical objects by chromatography, such as the chromatographic peak profile and retention time, can be used as part of the data source for data post-processing performed in step g.
上記の実施形態では、ステップbの前にプリカーサイオンスキャンプロセスを含めることができ、このスキャンプロセスは第2の質量分析装置によって実施される。通常、ステップgで行うデータ後処理用のデータソースの一部として使用するには、高分解能プリカーサイオンスペクトルが必要となる。 In the above embodiment, a precursor ion scanning process can be included before step b, which scanning process is performed by a second mass spectrometer. High resolution precursor ion spectra are typically required for use as part of a data source for data post-processing performed in step g.
上記の実施形態では、第1の質量分析装置は四重極型質量分析装置であることが好ましく、またこれを、たとえばイオントラップ型質量分析装置、および飛行時間型質量分析装置などの他の分析装置とすることもできる。四重極を第1の質量分析装置として使用する場合、特定のマスウインドウの外側にあるイオンが通過できるようにするために、選択されたウインドウ内のイオンは双極RFまたは四重極RF励起によって励起され、その結果イオンが四重極の径方向(または他の方向)に沿って放出されて、次段に移動できないようにしている。同様の方法が特許文献3に記載されている。第2の質量分析装置は、飛行時間型質量分析装置、およびフーリエ変換型質量分析装置などの高分解能質量分析装置であることが好ましい。
In the above embodiment, the first mass spectrometer is preferably a quadrupole mass spectrometer, which can be used for other analysis such as an ion trap mass spectrometer and a time-of-flight mass spectrometer. It can also be a device. When using a quadrupole as a first mass spectrometer, the ions in the selected window are excited by bipolar RF or quadrupole RF to allow ions outside a particular mass window to pass through. It is excited so that the ions are emitted along the radial direction (or other direction) of the quadrupole, preventing it from moving to the next stage. A similar method is described in
上記の実施形態では、たとえば四重極またはイオントラップによって選択的に励起され、径方向に放出されるイオンなど、第1の質量分析装置を通過しないマスウインドウ内のイオンを、検出器によって検出することもできるし、その後の分析用に残すこともできる。 In the above embodiment, the detector detects ions in the mass window that do not pass through the first mass spectrometer, such as ions selectively excited by a quadrupole or an ion trap and emitted radially. It can be done or left for further analysis.
上記の実施形態では、イオン移動度に応じてプリカーサイオンを分離するステップをステップbの前に含めることができる。イオン移動度のピークパターンやドリフト時間など、イオン移動度に応じた分析対象の分離に関する情報を、ステップgで行うデータ後処理用のデータソースの一部として使用することができる。 In the above embodiment, a step of separating precursor ions according to the ion mobility can be included before step b. Information on the separation of analysis targets according to the ion mobility, such as the peak pattern of the ion mobility and the drift time, can be used as part of the data source for data post-processing performed in step g.
図6は、本発明の第2の実施形態を示す。本実施形態では、ステップgを省略してステップjを実施しており、ここでは、ステップfで取得したプロダクトイオンスペクトルに対してデータ分析を直接実施している。本ステップはSWATH法のデータ処理ステップに類似しており、主にターゲット分析に対応している。すなわち、プロダクトイオンスペクトル及びクロマトグラフィー情報をデータベース内のそれらと比較し、分析して分析対象を同定し、次いで図6のステップi’に示すように、ステップhで求めた合計スペクトルを参照して定量分析を実施している。 FIG. 6 shows a second embodiment of the present invention. In the present embodiment, step j is carried out by omitting step g, and here, data analysis is directly carried out on the product ion spectrum acquired in step f. This step is similar to the data processing step of the SWATH method and mainly corresponds to target analysis. That is, the product ion spectra and chromatographic information are compared with those in the database and analyzed to identify the analysis target, then referencing the total spectrum obtained in step h as shown in step i'of FIG. We are conducting a quantitative analysis.
図7は、本発明による第3の実施形態を示す。本実施形態のステップb’では、単一のマスウインドウを選択する代わりに、複数のマスウインドウ(たとえば5つ)を選択する。これらのマスウインドウは不連続であることが好ましく、またマスウインドウはそれぞれ、ユニットマス(1ダルトン)のみを含む。さらに、これらのマスウインドウは擬似ランダム分布をなす。選択された複数のマスウインドウの外側に位置するイオンは、第1の質量分析装置を通過する。この際、ステップfのデータ後処理は逆アダマール変換となる。種々の用途を有するこのようなアルゴリズムは、飛行時間型質量分析、およびイオン移動度分光分析などで広く使用されており、当業者には周知であるため、ここではこれについて説明しない。本実施形態の利点は、ただ1つのスペクトルではなく、全てのプロダクトイオンスペクトルの情報を変換プロセスで利用するため、変換されたデータの信号対雑音比が著しく向上することにある。本実施形態では、第1の質量分析装置はイオントラップ型質量分析装置であることが好ましい。このような質量分析装置を使用することにより、選択された任意の質量のイオンを容易に放出することができ、これによって次のコリジョンセルにイオンが供給されることを回避できる。また、第1の質量分析装置を四重極型質量分析装置とすることもできる。四重極型質量分析装置の場合、イオンが素早く通過する、すなわち低いRF振動周期のみが発生することに起因して、1ダルトンのマスウインドウ内のイオンを放出することが一般に難しいと考えられているが、特別な高周波電界を印加するという技法で今やこの目的を達成できることが分かっている。したがって、本実施形態では四重極型質量分析装置に制約は存在しない。 FIG. 7 shows a third embodiment according to the present invention. In step b'of this embodiment, instead of selecting a single mass window, a plurality of mass windows (for example, five) are selected. These mass windows are preferably discontinuous, and each mass window contains only a unit mass (1 dalton). Furthermore, these mass windows have a pseudo-random distribution. Ions located outside the selected mass windows pass through the first mass spectrometer. At this time, the data post-processing in step f is an inverse Hadamard transform. Such algorithms with various uses are widely used in time-of-flight mass spectrometry, ion mobility spectroscopic analysis, and the like, and are well known to those skilled in the art, and are not described here. The advantage of this embodiment is that the signal-to-noise ratio of the converted data is significantly improved because the information of all product ion spectra is used in the conversion process, not just one spectrum. In the present embodiment, the first mass spectrometer is preferably an ion trap type mass spectrometer. By using such a mass spectrometer, ions of any selected mass can be easily released, thereby avoiding the supply of ions to the next collision cell. Further, the first mass spectrometer may be a quadrupole mass spectrometer. In the case of a quadrupole mass spectrometer, it is generally considered difficult to release ions in a Dalton mass window due to the rapid passage of ions, that is, the occurrence of only a low RF vibration period. However, it is now known that this purpose can be achieved by the technique of applying a special high-frequency electric field. Therefore, there are no restrictions on the quadrupole mass spectrometer in this embodiment.
要約すると、本発明のMSデータ取得方法は、データ非依存型取得法におけるイオン利用効率を向上させ、データ後処理の難易度を低下させ、従来技術における種々の欠点を効果的に克服しているので、高い産業応用価値を有することになる。 In summary, the MS data acquisition method of the present invention improves the ion utilization efficiency in the data-independent acquisition method, reduces the difficulty of data post-processing, and effectively overcomes various drawbacks in the prior art. Therefore, it will have high industrial application value.
上記の実施形態は、本発明の原理および利点の単なる例示に過ぎず、本発明を限定することを意図するものではない。当業者であれば、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、上記の実施形態に修正または変更をなすことができる。したがって、本発明の精神および範囲から逸脱することなく当業者によってなされる同等の修正または変更は全て、本発明の添付の特許請求の範囲によって網羅される。 The above embodiments are merely exemplary of the principles and advantages of the invention and are not intended to limit the invention. One of ordinary skill in the art can modify or modify the above embodiments without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, all equivalent modifications or modifications made by one of ordinary skill in the art without departing from the spirit and scope of the invention are covered by the appended claims.
Claims (16)
b.前記プリカーサイオンを第1の質量分析装置に供給するステップであって、前記第1の質量分析装置は、マスウインドウの外側に位置する前記プリカーサイオンが前記第1の質量分析装置を通過し、前記マスウインドウ内に位置する前記プリカーサイオンが前記第1の質量分析装置を通過できないように、少なくとも1つの前記マスウインドウを選択する、ステップと、
c.前記第1の質量分析装置を通過する前記プリカーサイオンをコリジョンセルに供給して衝突解離を行い、プロダクトイオンを生成するステップと、
d.前記プロダクトイオンを第2の質量分析装置に供給して質量分析を行い、プロダクトイオンスペクトルを記録するステップと、
e.マスレンジ内の全てのマスウインドウが選択されるまでの間、ステップbからステップdを繰り返すステップであって、ステップbを繰り返し実施するたびに、選択される前記マスウインドウは、それ以前に選択されたどのマスウインドウとも重複しない、ステップと、
ステップeの後となるステップfと、
ステップfの後となるステップgまたはステップjと、
ステップeの後となるステップhと
を含み、
前記ステップfは、前記選択されたマスウインドウ内の前記プリカーサイオンによって生成される、前記プロダクトイオンに対応する第1のスペクトルを、第一次データ後処理によって取得することを含み、
前記ステップgは、前記選択されたマスウインドウ内の前記プリカーサイオンによって生成される前記プロダクトイオンに対応する第2のスペクトルを、第2の数学的後処理によって取得することを含み、
前記ステップjは、前記プロダクトイオンスペクトルをデータベースと比較し、分析対象を同定することを含み、
前記ステップhは、前記記録されたプロダクトイオンスペクトル全てを合計することにより、合計スペクトルを求めることを含み、
ステップfの後にステップgを含む場合、ステップhの後にステップiを含むことになり、また、ステップfの後にステップjを含む場合、ステップhの後にステップi’を含むことになり、
前記ステップiは、ステップgで取得した前記第2のスペクトルを定性的結果とし、ステップhで求めた前記合計スペクトルを定量的結果とすることを含み、
前記ステップi’は、ステップjで得られた結果にステップhで求めた前記合計スペクトルを組み合わせたものに基づいて、定量分析を実施することを含む、質量分析装置におけるデータ取得方法。 a. The step of providing an ion source to generate precursor ions,
b. In the step of supplying the precursor ion to the first mass spectrometer, in the first mass spectrometer, the precursor ion located outside the mass window passes through the first mass spectrometer, and the said A step of selecting at least one mass window so that the precursor ion located in the mass window cannot pass through the first mass spectrometer.
c. A step of supplying the precursor ion passing through the first mass spectrometer to a collision cell to perform collision dissociation to generate a product ion.
d. A step of supplying the product ion to the second mass spectrometer, performing mass spectrometry, and recording the product ion spectrum.
e. It is a step of repeating steps b to d until all the mass windows in the mass range are selected, and each time step b is repeatedly executed, the mass window selected is selected before that. with any mass window have overlapping products, and the step,
Step f after step e and
Step g or step j after step f ,
And step h to be after step e comprises <br/>,
Before Symbol step f comprises said generated by the precursor ion of a selected mass in the window, the first spectrum corresponding to the product ions to acquire the primary data post-processing,
The step g comprises obtaining a second spectrum corresponding to the product ion produced by the precursor ion in the selected mass window by a second mathematical post-treatment.
Step j, the product ion compares Nsu spectrum to a database, look including the identification of the analyte,
The step h includes obtaining the total spectrum by summing all the recorded product ion spectra.
If step g is included after step f, step i is included after step h, and if step j is included after step f, step i'is included after step h.
The step i includes taking the second spectrum acquired in step g as a qualitative result and the total spectrum obtained in step h as a quantitative result.
Step i 'is based on a combination of the total spectrum obtained in step h to the results obtained in step j, the data acquisition method in including, mass spectrometer to perform quantitative analysis.
前記ステップkは、前記マスレンジ内の全てのプリカーサイオンに前記第1の質量分析装置を通過させ、前記コリジョンセルに進入させて解離を行うことと、前記解離したプロダクトイオン全てを前記第2の質量分析装置に供給して質量分析を行い、マススペクトルを記録することとを含む、請求項1に記載のデータ取得方法。 After step a, a step of performing step k at least once is included.
In step k, all the precursor ions in the mass range are passed through the first mass spectrometer to enter the collision cell for dissociation, and all the dissociated product ions are subjected to the second mass. The data acquisition method according to claim 1 , further comprising supplying to an analyzer, performing mass spectrometry, and recording a mass spectrum.
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